JP3942401B2 - エンジン始動システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタータによりエンジンを始動させるエンジン始動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジン始動を行うためのピニオン飛込み式スタータが知られている。このピニオン飛込み式スタータは、始動時にピニオンギヤを押し出してエンジンのリングギヤに噛み合わせた後、スタータモータの回転力をピニオンギヤに伝達して、そのピニオンギヤからリングギヤにモータトルクを伝達することによりエンジンを始動している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のスタータは、ピニオンギヤとリングギヤとの間にバックラッシュが設けられているため、ピニオンギヤからリングギヤへのトルク伝達がエンジンの負荷変動に応じて間欠的に行われる。つまり、エンジン回転速度は、ピストンが上死点から下死点へ向かう時に速くなり、ピストンが下死点から上死点へ向かう時に遅くなるため、エンジン回転速度が遅くなる過程でピニオンギヤからリングギヤにトルク伝達が行われる際に、上記のバックラッシュの影響でピニオンギヤがリングギヤに繰り返し衝突する。その結果、ギヤ同士の衝突によって大きな衝突音が発生する（エンジン始動音が大きくなる）と共に、ピニオンギヤ及びリングギヤが損傷するという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ピニオンギヤからリングギヤにトルク伝達が行われる際に生じる衝撃力を緩和することにより、衝突音の低減及びギヤの損傷を防止できるエンジン始動システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
始動モータの印加電圧を制御する電圧制御手段は、エンジンのピストンが下死点を過ぎてエンジン回転数が低下する過程で、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差によりピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する前に、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる様に始動モータの印加電圧を下げることを特徴とする。
【０００６】
これにより、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなることで、ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面にソフトに当たるため、その当接時の衝撃力が緩和されてギヤ同士の衝突音を低減でき、且つピニオンギヤ及びリングギヤの損傷を防止できる。
【０００７】
（請求項２の発明）
始動モータの印加電圧を制御する電圧制御手段は、エンジンのピストンが上死点を過ぎてエンジン回転数が上昇する時に、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる様に始動モータの印加電圧を上げることを特徴とする。
この場合、エンジン回転数の上昇に追従させて始動モータの回転数を上昇させるため、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる。その結果、ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する時の衝撃力が緩和されるため、ギヤ同士の衝突音を低減でき、且つピニオンギヤ及びリングギヤの損傷を防止できる。
【０００８】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載したエンジン始動システムにおいて、
電圧制御手段は、始動モータの印加電圧を制御する制御開始時期を、点火信号、噴射信号、クランク角信号のエンジン制御信号、または始動モータに通電される電流の変動時期に基づいて決定する。
【０００９】
ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する時期は、例えばエンジンの上死点または下死点からの経過時間として推定できる。従って、エンジンの上死点または下死点を特定できるエンジン制御信号あるいは始動モータに通電される電流の変動時期に基づいて制御開始時期を決定することができる。なお、始動モータに通電される電流は、エンジンの負荷変動に対応して変化するため、電流値が増大傾向から減少傾向に変わる時期（エンジンの上死点に相当する）、あるいは減少傾向から増大傾向に変わる時期（エンジンの下死点に相当する）を検出することでエンジンの上死点及び下死点を特定できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１はエンジン始動システムの電気回路図である。
本実施例のエンジン始動システムは、エンジン（図示しない）を始動するためのスタータ（下述する）と、このスタータに使用される始動モータ１の印加電圧を制御するＥＣＵ２（本発明の電圧制御手段）とを備えている。
【００１１】
スタータは、回転力を発生する始動モータ１と、この始動モータ１の通電電流をON/OFF制御する電磁スイッチ３、及びエンジンのリングギヤ（図示しない）に噛み合って始動モータ１の回転力をリングギヤに伝達するピニオンギヤ（図示しない）等より構成される周知のピニオン飛込み式スタータである。
始動モータ１は、例えば直流電動機であり、電磁スイッチ３により始動モータ１の通電回路（図１参照）が閉成すると、バッテリ４からアーマチャ１ａに給電されてアーマチャ１ａに回転力が発生する。
【００１２】
電磁スイッチ３は、通電を受けて磁力を発生する励磁コイル３ａと、この励磁コイル３ａの内周に摺動自在に嵌装されるプランジャ３ｂとを有し、励磁コイル３ａが発生する磁力を受けてプランジャ３ｂが吸引されると、プランジャ３ｂに具備される可動接点３ｃが一組の固定接点３ｄに当接して両固定接点３ｄ間を導通することにより、始動モータ１の通電回路を閉成する。
ピニオンギヤは、始動モータ１に回転駆動される出力軸（図示しない）に設けられ、エンジン始動時に出力軸上を前方へ押し出されてリングギヤに噛み合う。
【００１３】
ＥＣＵ２は、IGキー５がST端子５ａに投入されると、バッテリ４から電力の供給を受けて起動し、始動モータ１に通電開始された後、始動モータ１に印加されるバッテリ電圧を制御素子６を介してＰＷＭ制御する。
制御素子６は、例えばトランジスタ等のスイッチング素子であり、電磁スイッチ３に設けられる一方の固定接点３ｄとバッテリ４との間に接続されている。
【００１４】
次に、エンジン始動システムの動作手順を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
Step10…IGキー５がST端子５ａに投入されると、ＥＣＵ２に始動信号が入力されてＥＣＵ２が起動する。
Step20…スタータリレー７がONする。このスタータリレー７は、ST端子５ａに接続されたリレーコイル７ａと、バッテリ４と励磁コイル３ａとの間に設けられたリレースイッチ７ｂとで構成され、リレーコイル７ａに通電されるとリレースイッチ７ｂがONする。
【００１５】
Step30…リレースイッチ７ｂがONすると、バッテリ４から電磁スイッチ３の励磁コイル３ａに通電されてプランジャ３ｂが吸引される。
Step40…プランジャ３ｂの移動により、プランジャ３ｂに具備された可動接点３ｃが一組の固定接点３ｄに当接して始動モータ１の通電回路が閉成する。その結果、バッテリ４から制御素子６を介して始動モータ１に通電が開始される。
【００１６】
Step50…始動モータ１の印加電圧を制御する制御開始時期を外部信号に基づいて判定する。例えば、図３に示す様に、エンジン制御信号（点火信号、噴射信号、クランク角信号等）あるいは始動モータ１の通電電流の変動時期（極大値または極小値）が検出されてから所定時間Δｔが経過したか否かを判定する。判定結果がYES の時はStep60へ進み、判定結果がNOの時は所定時間Δｔが経過するまでStep50を繰り返し実行する。
【００１７】
この制御開始時期は、図４に示す様に、クランキング中のエンジン負荷変動によりエンジン回転数が低下する時（ピストンが下死点から上死点へ向かう過程）に、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差からピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する時期（図中のエンジン回転数とスタータ回転数とが交差するＡ点）より少し手前に設定される。なお、ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する時期は、上記のエンジン制御信号または始動モータ１の通電電流の変動時期から推定できるため、所定時間Δｔを適宜に設定することにより、ギヤ衝突時期の少し手前から制御を開始することができる。
【００１８】
Step60…始動モータ１の印加電圧を制御する。具体的には、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる様に、始動モータ１の印加電圧を下げる。
Step70…外部信号によりエンジンの始動判定を行う。
この判定結果がYES の時はStep80へ進み、判定結果がNOの時はエンジン始動が確認されるまでStep70を繰り返し実行する。
Step80…スタータリレー７をOFF して電磁スイッチ３への通電を停止する。
Step90…電磁スイッチ３への通電停止により、プランジャ３ｂが元の位置へ押し戻されるので、可動接点３ｃが一組の固定接点３ｄから離脱して始動モータ１の通電回路を開くことにより、始動モータ１への通電が停止する。
【００１９】
（第１実施例の効果）
本実施例のエンジン始動システムは、ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する前に始動モータ１の印加電圧を下げる様に制御している。これにより、図４に破線グラフで示す様にスタータ回転数が低下するので、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる。その結果、ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面にソフトに当たるため、ギヤ当接時の衝撃力が緩和されてギヤ同士の衝突音を低減することができ、且つピニオンギヤ及びリングギヤの損傷を防止できる。
【００２０】
（第２実施例）
本実施例は、始動モータ１の制御開始時期をエンジン回転数が上昇する初期（ピストンが上死点を過ぎた直後）に設定して、スタータ回転数をエンジン回転数に追従させる様に始動モータ１の印加電圧を制御する一例である。
具体的には、エンジン回転数が上昇する初期に始動モータ１の印加電圧を上げることにより、図５に破線グラフで示す様にスタータ回転数がエンジン回転数に追従する様に上昇するので、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる。その結果、エンジン回転数が低下する過程でピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に当たる時（図中Ａ点）に、その衝撃力が緩和されるため、ギヤ同士の衝突音を低減することができ、且つピニオンギヤ及びリングギヤの損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン始動システムの電気回路図である。
【図２】本実施例の動作手順を示すフローチャートである。
【図３】外部信号と始動モータの制御開始時期を示すタイムチャートである。
【図４】エンジン回転数とスタータ回転数の変化を表すグラフである（第１実施例）。
【図５】エンジン回転数とスタータ回転数の変化を表すグラフである（第２実施例）。
【符号の説明】
１ 始動モータ
２ ＥＣＵ（電圧制御手段）
６ 制御素子（電圧制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタータによりエンジンを始動させるエンジン始動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジン始動を行うためのピニオン飛込み式スタータが知られている。このピニオン飛込み式スタータは、始動時にピニオンギヤを押し出してエンジンのリングギヤに噛み合わせた後、スタータモータの回転力をピニオンギヤに伝達して、そのピニオンギヤからリングギヤにモータトルクを伝達することによりエンジンを始動している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のスタータは、ピニオンギヤとリングギヤとの間にバックラッシュが設けられているため、ピニオンギヤからリングギヤへのトルク伝達がエンジンの負荷変動に応じて間欠的に行われる。つまり、エンジン回転速度は、ピストンが上死点から下死点へ向かう時に速くなり、ピストンが下死点から上死点へ向かう時に遅くなるため、エンジン回転速度が遅くなる過程でピニオンギヤからリングギヤにトルク伝達が行われる際に、上記のバックラッシュの影響でピニオンギヤがリングギヤに繰り返し衝突する。その結果、ギヤ同士の衝突によって大きな衝突音が発生する（エンジン始動音が大きくなる）と共に、ピニオンギヤ及びリングギヤが損傷するという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ピニオンギヤからリングギヤにトルク伝達が行われる際に生じる衝撃力を緩和することにより、衝突音の低減及びギヤの損傷を防止できるエンジン始動システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
始動モータの印加電圧を制御する電圧制御手段は、エンジンのピストンが下死点を過ぎてエンジン回転数が低下する過程で、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差によりピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する前に、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる様に始動モータの印加電圧を下げることを特徴とする。
【０００６】
これにより、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなることで、ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面にソフトに当たるため、その当接時の衝撃力が緩和されてギヤ同士の衝突音を低減でき、且つピニオンギヤ及びリングギヤの損傷を防止できる。
【０００７】
（請求項２の発明）
始動モータの印加電圧を制御する電圧制御手段は、エンジンのピストンが上死点を過ぎてエンジン回転数が上昇する時に、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる様に始動モータの印加電圧を上げることを特徴とする。
この場合、エンジン回転数の上昇に追従させて始動モータの回転数を上昇させるため、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる。その結果、ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する時の衝撃力が緩和されるため、ギヤ同士の衝突音を低減でき、且つピニオンギヤ及びリングギヤの損傷を防止できる。
【０００８】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載したエンジン始動システムにおいて、
電圧制御手段は、始動モータの印加電圧を制御する制御開始時期を、点火信号、噴射信号、クランク角信号のエンジン制御信号、または始動モータに通電される電流の変動時期に基づいて決定する。
【０００９】
ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する時期は、例えばエンジンの上死点または下死点からの経過時間として推定できる。従って、エンジンの上死点または下死点を特定できるエンジン制御信号あるいは始動モータに通電される電流の変動時期に基づいて制御開始時期を決定することができる。なお、始動モータに通電される電流は、エンジンの負荷変動に対応して変化するため、電流値が増大傾向から減少傾向に変わる時期（エンジンの上死点に相当する）、あるいは減少傾向から増大傾向に変わる時期（エンジンの下死点に相当する）を検出することでエンジンの上死点及び下死点を特定できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１はエンジン始動システムの電気回路図である。
本実施例のエンジン始動システムは、エンジン（図示しない）を始動するためのスタータ（下述する）と、このスタータに使用される始動モータ１の印加電圧を制御するＥＣＵ２（本発明の電圧制御手段）とを備えている。
【００１１】
スタータは、回転力を発生する始動モータ１と、この始動モータ１の通電電流をON/OFF制御する電磁スイッチ３、及びエンジンのリングギヤ（図示しない）に噛み合って始動モータ１の回転力をリングギヤに伝達するピニオンギヤ（図示しない）等より構成される周知のピニオン飛込み式スタータである。
始動モータ１は、例えば直流電動機であり、電磁スイッチ３により始動モータ１の通電回路（図１参照）が閉成すると、バッテリ４からアーマチャ１ａに給電されてアーマチャ１ａに回転力が発生する。
【００１２】
電磁スイッチ３は、通電を受けて磁力を発生する励磁コイル３ａと、この励磁コイル３ａの内周に摺動自在に嵌装されるプランジャ３ｂとを有し、励磁コイル３ａが発生する磁力を受けてプランジャ３ｂが吸引されると、プランジャ３ｂに具備される可動接点３ｃが一組の固定接点３ｄに当接して両固定接点３ｄ間を導通することにより、始動モータ１の通電回路を閉成する。
ピニオンギヤは、始動モータ１に回転駆動される出力軸（図示しない）に設けられ、エンジン始動時に出力軸上を前方へ押し出されてリングギヤに噛み合う。
【００１３】
ＥＣＵ２は、IGキー５がST端子５ａに投入されると、バッテリ４から電力の供給を受けて起動し、始動モータ１に通電開始された後、始動モータ１に印加されるバッテリ電圧を制御素子６を介してＰＷＭ制御する。
制御素子６は、例えばトランジスタ等のスイッチング素子であり、電磁スイッチ３に設けられる一方の固定接点３ｄとバッテリ４との間に接続されている。
【００１４】
次に、エンジン始動システムの動作手順を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
Step10…IGキー５がST端子５ａに投入されると、ＥＣＵ２に始動信号が入力されてＥＣＵ２が起動する。
Step20…スタータリレー７がONする。このスタータリレー７は、ST端子５ａに接続されたリレーコイル７ａと、バッテリ４と励磁コイル３ａとの間に設けられたリレースイッチ７ｂとで構成され、リレーコイル７ａに通電されるとリレースイッチ７ｂがONする。
【００１５】
Step30…リレースイッチ７ｂがONすると、バッテリ４から電磁スイッチ３の励磁コイル３ａに通電されてプランジャ３ｂが吸引される。
Step40…プランジャ３ｂの移動により、プランジャ３ｂに具備された可動接点３ｃが一組の固定接点３ｄに当接して始動モータ１の通電回路が閉成する。その結果、バッテリ４から制御素子６を介して始動モータ１に通電が開始される。
【００１６】
Step50…始動モータ１の印加電圧を制御する制御開始時期を外部信号に基づいて判定する。例えば、図３に示す様に、エンジン制御信号（点火信号、噴射信号、クランク角信号等）あるいは始動モータ１の通電電流の変動時期（極大値または極小値）が検出されてから所定時間Δｔが経過したか否かを判定する。判定結果がYES の時はStep60へ進み、判定結果がNOの時は所定時間Δｔが経過するまでStep50を繰り返し実行する。
【００１７】
この制御開始時期は、図４に示す様に、クランキング中のエンジン負荷変動によりエンジン回転数が低下する時（ピストンが下死点から上死点へ向かう過程）に、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差からピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する時期（図中のエンジン回転数とスタータ回転数とが交差するＡ点）より少し手前に設定される。なお、ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する時期は、上記のエンジン制御信号または始動モータ１の通電電流の変動時期から推定できるため、所定時間Δｔを適宜に設定することにより、ギヤ衝突時期の少し手前から制御を開始することができる。
【００１８】
Step60…始動モータ１の印加電圧を制御する。具体的には、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる様に、始動モータ１の印加電圧を下げる。
Step70…外部信号によりエンジンの始動判定を行う。
この判定結果がYES の時はStep80へ進み、判定結果がNOの時はエンジン始動が確認されるまでStep70を繰り返し実行する。
Step80…スタータリレー７をOFF して電磁スイッチ３への通電を停止する。
Step90…電磁スイッチ３への通電停止により、プランジャ３ｂが元の位置へ押し戻されるので、可動接点３ｃが一組の固定接点３ｄから離脱して始動モータ１の通電回路を開くことにより、始動モータ１への通電が停止する。
【００１９】
（第１実施例の効果）
本実施例のエンジン始動システムは、ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する前に始動モータ１の印加電圧を下げる様に制御している。これにより、図４に破線グラフで示す様にスタータ回転数が低下するので、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる。その結果、ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面にソフトに当たるため、ギヤ当接時の衝撃力が緩和されてギヤ同士の衝突音を低減することができ、且つピニオンギヤ及びリングギヤの損傷を防止できる。
【００２０】
（第２実施例）
本実施例は、始動モータ１の制御開始時期をエンジン回転数が上昇する初期（ピストンが上死点を過ぎた直後）に設定して、スタータ回転数をエンジン回転数に追従させる様に始動モータ１の印加電圧を制御する一例である。
具体的には、エンジン回転数が上昇する初期に始動モータ１の印加電圧を上げることにより、図５に破線グラフで示す様にスタータ回転数がエンジン回転数に追従する様に上昇するので、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる。その結果、エンジン回転数が低下する過程でピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に当たる時（図中Ａ点）に、その衝撃力が緩和されるため、ギヤ同士の衝突音を低減することができ、且つピニオンギヤ及びリングギヤの損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン始動システムの電気回路図である。
【図２】本実施例の動作手順を示すフローチャートである。
【図３】外部信号と始動モータの制御開始時期を示すタイムチャートである。
【図４】エンジン回転数とスタータ回転数の変化を表すグラフである（第１実施例）。
【図５】エンジン回転数とスタータ回転数の変化を表すグラフである（第２実施例）。
【符号の説明】
１ 始動モータ
２ ＥＣＵ（電圧制御手段）
６ 制御素子（電圧制御手段）
Claims (3)
- 回転力を発生する始動モータとエンジン始動時にリングギヤに噛み合うピニオンギヤとを具備し、前記始動モータの回転力を前記ピニオンギヤから前記リングギヤに伝達してエンジンを始動するスタータと、
前記始動モータの印加電圧を制御する電圧制御手段とを有するエンジン始動システムであって、
前記電圧制御手段は、前記エンジンのピストンが下死点を過ぎてエンジン回転数が低下する過程で、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとの回転速度差により前記ピニオンギヤの歯面が前記リングギヤの歯面に衝突する前に、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとの回転速度差が小さくなる様に前記始動モータの印加電圧を下げることを特徴とするエンジン始動システム。 - 回転力を発生する始動モータとエンジン始動時にリングギヤに噛み合うピニオンギヤとを具備し、前記始動モータの回転力を前記ピニオンギヤから前記リングギヤに伝達してエンジンを始動するスタータと、
前記始動モータの印加電圧を制御する電圧制御手段とを有するエンジン始動システムであって、
前記電圧制御手段は、前記エンジンのピストンが上死点を過ぎてエンジン回転数が上昇する時に、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとの回転速度差が小さくなる様に前記始動モータの印加電圧を上げることを特徴とするエンジン始動システム。 - 請求項１または２に記載したエンジン始動システムにおいて、
前記電圧制御手段は、前記始動モータの印加電圧を制御する制御開始時期を、点火信号、噴射信号、クランク角信号のエンジン制御信号、または前記始動モータに通電される電流の変動時期に基づいて決定することを特徴とするエンジン始動システム。
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